混凝土结构设计的基本原则

《混凝土结构设计的基本原则》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土结构设计的基本原则（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、混凝土结构设计原理学习目标掌握极限状态的基本概念；了解结构可靠度的基本原理；熟悉近似概率极限状态设计法在混凝土结构设计中的应用。 第三章第三章 混凝土结构设计的基本原则混凝土结构设计的基本原则混凝土结构设计原理教学提示首先应明确建筑结构可靠度设计统一标准和建筑结构荷载规范是结构设计宜遵守的基本原则。 本章应重点介绍结构上的作用、对结构的功能要求、设计基准期、两类极限状态以及极限状态的实用设计表达式。 第三章 混凝土结构基本设计原则 工程结构需要安全适用、经济合理；安全适用、经济合理；这只有技术先进才能实现。 实际工程结构中存在多种不确定性；工程结构的基本设计原则就是研究各种不确定性问题，实现可

2、靠性与经济性的最佳平衡。一、作用的概念：使结构产生内力或变形的原因，分直接作用和 间接作用两种。直接作用：是指施加在结构上的集中力或分布力，即荷载。间接作用：是指引起结构外加变形或约束变形的原因（混凝土收缩、温度变化、基础差异沉降、地震等）。第三章 混凝土结构基本设计原则 3.13.1极限状态和设计状况极限状态和设计状况 3.1.13.1.1结构上的作用结构上的作用3.1极限状态和设计状况 （按随时间的变异性可分为三类）（按随时间的变异性可分为三类） 1 1、永久作用：、永久作用：在结构使用期间，其量值值不随时间变时间变 化，或其 变变化与平均值值相比可以忽略不计计的作用。二、作用的分类：二、

3、作用的分类：如如结构自重、土压力、预应力、地基沉降、焊接等。2 2、可变作用：、可变作用：在结构使用期间，其量值值随时间变时间变 化，且其变变 化与平均值值相比不可忽略的作用。如如楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、汽车荷载、 温度变化等。3 3、偶然作用：、偶然作用：在结构使用期间不一定出现现，而一旦出现现其量 值值很大且持续时间续时间 很短的作用。如如爆炸力、撞击力、罕遇的地震等。第三章 混凝土结构基本设计原则 3.1极限状态和设计状况 第三章 混凝土结构基本设计原则 三、荷载标准值三、荷载标准值是荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载概率 分布的某个分位值。1 1、 永久荷载标准值：

4、永久荷载标准值：按设计尺寸与材料重力密度的 乘积计算。一般相当于设计基准期内最大荷载概率分布 的0.5分位值。2 2、可变荷载标准值：、可变荷载标准值：为设计基准期内最大荷载概率分布的某个分位值。对于建筑结构对于建筑结构，查荷载规范GB50009。对于道桥结构对于道桥结构，查公路桥涵通用规范JTG D60。 3.1极限状态和设计状况 3.1极限状态和设计状况 3.1.2 3.1.2 结构的功能结构的功能（包括安全性、适应性和耐久性） 一、一、 结构的安全等级结构的安全等级 第三章 混凝土结构基本设计原则 根据结构根据结构破坏后果破坏后果的影响程度分为的影响程度分为三级三级。安全等级级破坏后果建

5、筑物类类型 一级级很严严重重要的建筑物 二级级严严 重一般的建筑物 三级级不严严重次要的建筑物建筑结构的安全等级建筑结构的安全等级第三章 混凝土结构基本设计原则 安全等级级破坏后果桥桥梁类类型 一级级很严严重特大及重要大桥 二级级严严 重大、中桥及重要小桥 三级级不严严重小桥、涵洞桥梁结构的安全等级桥梁结构的安全等级3.1极限状态和设计状况 第三章 混凝土结构基本设计原则 1、结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构 件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。2、结构的设计使用年限不同于实际寿命和设计基准期 。二、结构的设计使用年限和设计基准期二、结构的设计使用年限和设计基准期 类别类别设

6、计设计 使用年 限（年）示例15临时临时 性结结构 225易于替换换的结结构构件 350普通房屋和构筑物 4100纪纪念性建筑和特别别重要的建筑物建筑结构设计使用年限分类3.1极限状态和设计状况 3、设计基准期：指为确定可变作用及与时间有关的材 料性能等取值而选用的时间参数。建筑结构的设计基准期为50年。桥梁结构的设计基准期为100年。第三章 混凝土结构基本设计原则 3.1极限状态和设计状况 三、三、 结构的功能结构的功能（包括安全性、适应性和耐久性） 1 1、 安全性安全性结构在设计规定的使用年限内，能承受在正常施工和 正常使用时可能出现的各种作用。在设计规定的偶然事件 发生时及发生后，仍能

7、保持必需的整体稳定性。第三章 混凝土结构基本设计原则 设计使用年限：设计使用年限：一般为50年。各种作用：各种作用：指荷载、外加变形和约束变形（如温度和收缩变形受到约束时）；偶然事件：偶然事件：如地震、爆炸、火灾、撞击等；整体稳定性：整体稳定性：指建筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。结构在设计规定的使用年限内，在正常使用时具 有良好的工作性能。 良好的工作性能：良好的工作性能：指不发生影响正常使用的过大的变形、振动，或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度等。第三章 混凝土结构基本设计原则 2 2、 适用性适用性3 3、 耐久性耐久性 结构在设计规定的使用年限内，在正常维护下具有足够的耐

8、久性能。 耐久性能：耐久性能：指在各种因素（混凝土碳化、钢筋锈蚀等）的影响下，结构的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，而降低 使用寿命。3.1极限状态和设计状况 3.1.3 3.1.3 极限状态极限状态结构能够满足功能要求而良好地工作，则称结构为可靠（或有效）。反之，则结构为不可靠（或失效）。区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为“极限状态”第三章 混凝土结构基本设计原则 一、极限状态的概念一、极限状态的概念整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不 能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功 能的极限状态。二、两类极限状态二、两类极限状态承载能力极限状态与正常使用极限状态。3.1

9、极限状态和设计状况 （1 1）概念概念：承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形。-安全性。第三章 混凝土结构基本设计原则 1 1、承载能力极限状态、承载能力极限状态 Ultimate Limit StateUltimate Limit State（2 2）标志）标志整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡。结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包括疲劳破坏）或因过度变形而不适于继续承载。 结构转变为机动体系（超静定结构中出现足够多塑性铰）。 结构或结构构件丧失稳定（如细长受压构件的压曲失稳）。 地基丧失承载能力而破坏。3.1极限状态和设计状况 （2 2）标志：）标

10、志： 影响正常使用或外观的变形； 影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝、钢筋锈蚀、漏水等）； 影响正常使用的振动； 影响正常使用的其他特定状态。第三章 混凝土结构基本设计原则 2 2、正常使用极限状态、正常使用极限状态 Serviceability Limit StateServiceability Limit State（1 1）概念）概念：正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。对应于结构的适应性和耐久性。3.1极限状态和设计状况 S S作用效应作用效应结构上的作用引起的效应（如弯矩、轴力、剪力、扭矩等）结构力学的主要内容结构力学的主要内容 RR结构

11、抗力结构抗力 结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu本课程的主要内容本课程的主要内容第三章 混凝土结构基本设计原则 3.1.4 3.1.4 极限状态方程极限状态方程因S和R都是随机变量， 不一定绝对安全所以所以第三章 混凝土结构基本设计原则 Z 0 可靠 Z = 0 极限状态 Z S。但在重叠区（阴影段内）仍有可能出现RS是不可能的。3.2.2 3.2.2 可靠指标与失效概率可靠指标与失效概率第三章 混凝土结构基本设计原则 3.2 极限状态设计法二、二、 Z Z的概率密度曲线、失效概率、可靠指标的概率密度曲线、失效概率、可靠指标第三章 混凝土结构基本设计原则 失效概率失效概率可见，Pf 越小

12、， 越大3.2 极限状态设计法第三章 混凝土结构基本设计原则 三、容许失效概率三、容许失效概率四、失效概率四、失效概率p pf f与可靠指标与可靠指标的关系的关系当Pf 小于某个值时，人们不再担心。该失效概率称 为容许失效概率Pf 。3.2 极限状态设计法第三章 混凝土结构基本设计原则 五、五、建筑建筑结构的目标可靠指标结构的目标可靠指标破 坏 类类 型安 全 等 级级 一 级级二 级级三 级级 延 性 破 坏3.73.22.7 脆 性 破 坏4.23.73.2六、六、桥梁桥梁结构的目标可靠指标结构的目标可靠指标破 坏 类类 型安 全 等 级级 一 级级二 级级三 级级 延 性 破 坏4.74

13、.23.7 脆 性 破 坏5.24.74.23.2 极限状态设计法3.3 实用设计表达式第三章 混凝土结构基本设计原则 3.3.1 3.3.1 设计验算点的确定、分项系数设计验算点的确定、分项系数f(S)SSkf(R)RRk一、一、 S S、R R的概率密度曲线的概率密度曲线3.3 3.3 实用设计表达式实用设计表达式Skf (S)，f (R)S，RRk第三章 混凝土结构基本设计原则 二、设计验算点的确定二、设计验算点的确定3.3 实用设计表达式Skf (S)，f (R)S，RRk第三章 混凝土结构基本设计原则 二、设计验算点的确定二、设计验算点的确定3.3 实用设计表达式Skf (S)，f

14、(R)S，RRk第三章 混凝土结构基本设计原则 二、设计验算点的确定二、设计验算点的确定3.3 实用设计表达式SK0.1（3）准永久值结构上经常出现的作用值准永久值 =准永久值系数标准值 t/T=0.5（t为设计基准期内荷载达到和超过该值的总持续时 间，T为设计基准期。）（1） 组合值当有两个或两个以上可变荷载同时作用时的代表值 。组合值=组合值系数标准值 第三章 混凝土结构基本设计原则 3.3 实用设计表达式第三章 混凝土结构基本设计原则 建规建规 G G 、 QiQi 、 CiCi的取的取值值桥规桥规见见JTG D62JTG D62第第4.1.64.1.6条条 3.3 实用设计表达式小结本章的主要内容本章的主要内容 1、结构的功能：安全性、适用性和耐久性；可靠性与可靠度 2、两类极限状态：概念和标志 3、结构设计中的不确定性本章小结第三章 混凝土结构基本设计原则 链接下一章4、以概率论为基础的极限状态设计法 （1）失效概率与可靠指标 （2）极限状态设计表达式0SR （3）荷载效应组合：基本组合（可变荷载效应控制、永久荷载效应控制）、标准组合、准永久组合、短期效应组合、长期效应组合 。 （4）荷载的实测值、标准值、组合值、频遇值、准永久值和设计值 （5）材料强度的实测值、标准值和设计值